JP2753874B2 - 多気筒エンジンの吸気装置 - Google Patents

多気筒エンジンの吸気装置

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各気筒の独立吸気通路に対してそれぞれス
ロットル弁を配設するようにした多気筒エンジンの吸気
装置に関するものである。
（従来の技術） 従来より、多気筒エンジンの吸気装置において、アク
セルレスポンスを高めることから、スロットル弁下流の
吸気通路容積を低減するために、各気筒の吸気ポート近
傍の独立吸気通路にそれぞれスロットル弁を配設するこ
とが考えられている。
また、別の目的から各気筒の独立吸気通路にそれぞれ
開閉弁を配設する技術が提案されている。すなわち、例
えば、特開昭64-15439号公報に見られるように、過給機
を備えたエンジンで吸排気弁のバルブオーバーラップ期
間を長く設定して加圧エアによって燃焼室の掃気効果を
高め、耐ノッキング性の改善で圧縮比を高めるについ
て、過給圧が低下する軽負荷領域では、上記バルブオー
バーラップ期間が長いことから排気ガスの吸気通路への
流入量が過大となってダイリューションガスの増大で燃
焼安定性が阻害されるのを防止するために、吸気ポート
近傍に軽負荷状態で閉じる開閉弁を配設して上記ダイリ
ューションガスを低減するようにした技術が公知であ
る。
（発明が解決しようとする課題） しかして、各気筒の独立吸気通路にそれぞれスロット
ル弁を配設するような吸気装置においては、排気ガスの
還流量を負荷状態に応じて調整し、低負荷時および高負
荷時のいずれの領域においても良好な特性を得ることは
困難である。
すなわち、過給機を備えていないエンジンにおいて
も、各気筒の独立吸気通路にスロットル弁を配設する
と、スロットル下流容積が減少すると共に、気筒間の圧
力の干渉がなくなって、バルブオーバーラップ直前の排
気行程終期で吸気弁が開く直前のポート圧力（吸気圧
力）が大気圧に近付くように高くなることから、低負荷
時には上記バルブオーバーラップ期間中の燃焼ガスの吸
気側への逆流が低減して、次の吸気行程に持ち込まれる
排気ガス量いわゆるダイリューションガス量の低減によ
り燃焼安定性が向上するものである。
ところが、部分負荷状態のような比較的エンジン出力
に余裕がある高負荷領域においては、NOxの排出量を低
減してエミッション性を改善することから、もしくはポ
ンピングロスを低減して燃費性を改善することから、こ
の部分負荷状態等においてはある程度の排気ガスの還流
量を増大することが好ましいものである。しかし、前記
のように各気筒の独立吸気通路にそれぞれスロットル弁
を介装したものでは、スロットル弁下流の通路容積が小
さく、吸気通路に逆流する排気ガス量が少なく、上記部
分負荷領域においては排気ガス還流量が不足することに
なる。
また、排気ガス還流量（ダイリューションガス量）を
増大する方法としては、排気弁の閉時期を遅く設定し、
排気行程から吸気行程に移行する際に、一旦排気通路に
流出した排気ガスを再び燃焼室内に流入させることで多
量の排気ガス還流を得るようにした技術があるが、これ
では低負荷領域にも排気ガスの還流量が増大して燃焼が
不安定となる問題を有する。
そこで、本発明は上記事情に鑑み、低負荷時の燃焼安
定性を図りつつ高負荷時の排気ガス還流量を確保するよ
うにした多気筒エンジンの吸気装置を提供することを目
的とするものである。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の多気筒エンジンの吸
気装置は、吸排気期間のオーバーラップにおける吸気弁
の開時期から上死点までの期間を、上死点から排気弁の
閉時期までの期間より長く設定すると共に、各気筒に対
してそれぞれ独立して接続された独立吸気通路の各々に
下流スロットル弁を、他の気筒の独立吸気通路との集合
部分に上流スロットル弁を設け、低負荷時は上流スロッ
トル弁の開度より下流スロットル弁の開度を小さくして
該下流スロットル弁で吸気を絞る一方、部分負荷時を含
む高負荷時は下流スロットル弁の開度より上流スロット
ル弁の開度を小さくして該上流スロットル弁で吸気を絞
るように設定した開閉特性に基づき、上記上流スロット
ル弁および下流スロットル弁の開閉作動を行う開閉装置
を設置して構成したものである。
（作用） 上記のような吸気装置では、アイドル時等の低負荷領
域では上流スロットル弁の開度より下流スロットル弁の
開度を小さくして該下流スロットル弁で吸気を絞ること
で、実質的なスロットル弁下流の通路容積を小さくし、
排気ガスの吸気通路への流入量を抑制し、ダイリューシ
ョンガスの低減によってアイドル燃焼安定性を確保する
ようにしている。この際、吸排気期間のオーバーラップ
における排気弁の閉時期は遅くないことから、排気側に
よるダイリューションガス量は少なく燃焼安定性は確保
される。
一方、部分負荷状態を含む高負荷時には下流スロット
ル弁の開度より上流スロットル弁の開度を小さくして該
上流スロットル弁で吸気を絞ることで、実質的なスロッ
トル弁下流の通路容積を増大し、吸気通路に逆流する排
気ガス量を増大すると共に、集合部分を介して他の気筒
の独立吸気通路に逆流している排気ガスを吸入してダイ
リューションガス量を増加するものである。この時、吸
排気期間のオーバーラップにおける吸気弁の開時期が早
く、吸気通路に流入する排気ガス量は多く、十分な量の
排気ガスの還流を得るもので、この排気ガスの還流によ
りエミッション性の改善およびポンピングロスの低減に
よる燃費性を改善するようにしている。
（実施例） 以下、図面に沿って本発明の各実施態様を順に説明す
る。
実施例１ 第１図は一実施例における多気筒エンジンの吸気装置
の概略構成を示している。
エンジン本体１には３つの気筒２が設置され、各気筒
２には吸気ポート３および排気ポート５が開口され、吸
気ポート３には独立吸気通路4a〜4cがそれぞれ独立して
接続されている。また、前記各気筒２の独立吸気通路4a
〜4cの上流端は１つの集合吸気通路４に集合され、上流
部にはエアフローメータ６、エアクリーナ７が介装され
ている。
そして、各気筒２の独立吸気通路4a〜4cには、吸気ポ
ート３近傍の下流側に下流スロットル弁８がおのおの配
設されると共に、これより上流側の集合部近傍の集合吸
気通路４に上流スロットル弁９が配設されている。上記
下流スロットル弁８は各気筒２のものが共通のスロット
ル軸8aに固着されて各気筒同時に開閉作動されるもので
あり、上流スロットル弁９はそのスロットル軸9aによっ
て開閉作動されるものであり、この上流スロットル弁９
と下流スロットル弁８とはアクセルペダル11の操作に連
係して、後述の第３図の特性に基づいて詳細は図示しな
い開閉装置12によって開閉作動される。
また、前記下流スロットル弁８より下流の独立吸気通
路4a〜4cには、エア導入通路15が接続されている。この
エア導入通路15は前記下流スロットル弁８および上流ス
ロットル弁９をバイパスして、下流端が各気筒２の下流
スロットル弁８より下流の独立吸気通路4a〜4cに接続開
口され、この開口部近傍にオリフィス16が配設され、上
流端は各気筒２のものが集合されて上流スロットル弁９
上流の集合吸気通路４に接続開口されている。このエア
導入通路15は、下流スロットル弁８が全閉状態にある際
に、アイドル回転数を維持するのに必要なエア量を計量
供給する。
一方、各気筒２の吸気ポート３および排気ポート５を
開閉する図示しない吸気弁および排気弁の開閉タイミン
グは、第２図に示すように、吸排気期間にオーバラーラ
ップを有するものである。すなわち、排気行程の終期で
排気弁が上死点TDC後の閉時期ECで閉じる前に、吸気弁
が上死点TDC前の開時期IOで開き、両弁が同時に開作動
するものであり、このオーバーラップにおいて、吸気弁
の開時期IOから上死点TDCまでの期間θ１が、上死点TDC
から排気弁の閉時期ECまでの期間θ２より長くに設定さ
れている。
また、前記下流スロットル弁８と上流スロットル弁９
のアクセス開度に対する開閉特性は、第３図に示すよう
に、基本的に両スロットル弁8,9はアクセ開度（負荷）
の増大に対して全閉状態から全開状態に開作動し、上流
スロットル弁９の開度は実線Ｉのようにアクセス開度の
増加に対して直線的に比例して増加する。一方、下流ス
ロットル弁８の開度は破線IIの例では、アクセル開度に
対し全閉状態を維持して開時期を遅らせ、また、早い時
期に全開状態として中間で急激に開作動するように設定
されている。そして、アクセス開度がＡ以下の低負荷領
域では、上流スロットル弁９の開度より下流スロットル
弁８の開度が小さく、この下流スロットル弁８によって
吸気を絞って吸気量を制御するものであり、一方、アク
セル開度がＡを越えた部分負荷を含む高負荷領域では、
下流スロットル弁８の開度より上記スロットル弁の開度
が小さく、この上流スロットル弁９によって吸気を絞っ
て吸気量を制御するものである。
上記下流スロットル弁８の開度特性は、第３図に鎖線
II′で示すような連続的に緩やかに変化する曲線的特性
で行ってもよく、この場合においても、アクセル開度が
Ａ′以下の低負荷領域では、上流スロットル弁９の開度
より下流スロットル弁８の開度が小さく、この下流スロ
ットル弁８によって吸気を絞って吸気量を制御するもの
であり、一方、アクセル開度がＡ′を越えた部分負荷を
含む高負荷領域では、下流スロットル弁８の開度より上
流スロットル弁９の開度が小さく、この上流スロットル
弁９によって吸気を絞って吸気量を制御するものであ
る。
なお、上記下流スロットル弁８および上流スロットル
弁９の開閉特性の制御を行う開閉装置12としては、前記
のような機械的にアクセル操作に連係して作動するリン
ク機構等を採用して行うほか、アクセル操作と切り離し
てアクチュエータによってスロットル弁を開閉作動する
ようにし、アクセル操作量に対応してコントローラで開
度調整するように制御してもよい。
次に、上記実施例の作用を説明する。まず、吸気弁お
よび排気弁のバルブタイミングを、そのオーバーラップ
において、吸気弁の開時期IOから上死点TDCまでの期間
θ１が、上死点TDCから排気弁の閉時期ECまでの期間θ
２より長く設定したことで、排気行程から吸気行程に移
行するときには、早めに吸気弁が開いて燃焼室内に残留
する燃焼ガスが独立吸気通路4a〜4c側に吹き返し、この
排気ガスを吸気行程で再び燃焼室内に吸入して排気ガス
の還流を行う。また、排気弁は比較的早い時期に閉じる
ことから、この排気弁が閉じる際に排気通路に流出した
排気ガスの燃焼室への吸入量は少ない。
そして、アイドル時等の低負荷領域では上流スロット
ル弁９の開度より下流スロットル弁８の開度を小さくし
て該下流スロットル弁８で吸気を絞ることで、実質的な
スロットル弁下流の通路容積を小さくし、排気ガスの吸
気通路4a〜4cへの流入量を抑制し、ダイリューションガ
スの低減によってアイドル燃焼安定性を確保するように
している。
すなわち、この低負荷領域で上流スロットル弁９で吸
気を絞ると、吸気量に対してスロットル下流容積が大き
くかつ他の気筒の吸気負圧が作用するため、吸気弁が開
くバルブオーバーラップ直前のポート圧力が大気圧まで
上昇せず、排気側との圧力差が大きく、これに加えて下
流容積が大きいために、燃焼ガスの吸気側への逆流量が
大きくなり、この吸気側に逆流した燃焼ガスが次の吸気
行程で燃焼室に吸引されるダイリューションガスによっ
て、新気量が低減して燃焼性が低下し、アイドル安定性
が悪化することになる。これに対して、下流スロットル
弁８による絞りでは、スロットル下流容積が小さくな
り、吸気弁が開くバルブオーバーラップ直前のポート圧
力が大気圧近傍にまで上昇し、排気側との圧力差が小さ
く、しかも下流容積が狭いことから燃焼ガスの吸気側へ
の逆流量は少なくなり、新気量の増大によって燃焼性が
改善されアイドル安定性が向上する。このことから、前
記のようにアイドル時を含む低負荷領域では、下流スロ
ットル弁８によって吸気を絞るようにしてダイリューシ
ョンガスを低減し、燃焼安定性を確保するものである。
一方、部分負荷状態を含む高負荷時には下流スロット
ル弁８の開度より上流スロットル弁９の開度を小さくし
て該上流スロットル弁９で吸気を絞ることで、実質的な
スロットル弁下流の通路容積を増大し、吸気通路に逆流
する排気ガス量を増大すると共に、集合部分を介して他
の気筒２の独立吸気通路4a〜4cに逆流している排気ガス
を吸入してダイリューションガス量を増加するものであ
る。
すなわち、部分負荷状態において下流スロットル弁８
によって吸気を絞ると、スロットル下流容積が小さいこ
とから、排気ガスの吸気側への逆流量が少なく、排気ガ
ス還流量が不足してエミッション性が低下すると共に、
吸気弁が開きピストンの下降に伴うポート圧力が急激に
低下し、この負圧に抗してピストンを下降させるのに伴
う駆動負荷が大きくなってポンピングロスが増大する。
これに対して、上流スロットル９による絞りでは、スロ
ットル下流容積の増大で排気ガスの逆流に伴うダイリュ
ーションガスが増加し、エミッション性を確保すると共
に、それにともなって同一出力を得るためのスロットル
開度が大きくなって、ポート負圧を小さくしてポンピン
グロスの低減が図れる。また、スロットル下流容積が大
きいことで、吸気弁が開きピストンの下降に伴うポート
圧力の低下が緩やかになり、ポート圧力も前記下流スロ
ットル弁８の絞りによる場合より高く、ピストンを下降
させるのに伴う駆動負荷が減少してポンピングロスが低
減する。このことから、部分負荷領域を含む高負荷領域
においては、上流スロットル弁９によって吸気を絞るよ
うにして排気ガス還流量を増大し、エミッション性、燃
費性を改善するものである。
また、上記実施例においては、下流スロットル弁８よ
り下流の独立吸気通路4a〜4cにエア導入通路15を接続し
たことにより、アイドル時で下流スロットル弁８が全閉
となった状態で、製造上の精度から各気筒２の下流スロ
ットル弁８を洩れて各気筒２に供給される吸気量を各気
筒２で均等に設定することは非常に困難性を伴うことか
ら、アイドル時にはこの下流スロットル弁８を全閉状態
として、アイドルエア量は前記エア導入通路15によって
供給し、このエア導入通路15にオリフィス16を設け、こ
のオリフィス16によって精度よく計量したエアを各気筒
２で均等に供給するようにしている。また、オリフィス
16の精度確保は比較的容易に行えると同時に、他の気筒
２が吸気行程にある際に、他の気筒２において吸気通路
に逆流している燃焼ガスを流入しないように設定されて
いる。
実施例２ 第５図にＶ型６気筒エンジンの例における概略図を示
す。
この例においては、エンジン本体21の両側のバンク21
a,21bにそれぞれ３つの気筒２が設置され、各気筒２の
吸気ポート３には独立吸気通路24a〜24fがそれぞれ独立
して接続され、各気筒２の独立吸気通路24a〜24fには、
吸気ポート３近傍の下流側に下流スロットル弁８が配設
されている。また、それぞれのバンク21a,21bにおいて
は、各気筒２の独立吸気通路24a〜24fの上流端は集合吸
気通路24m,24nに接続され、該集合吸気通路24m,24nは下
流側が連通されると共に、上流側にはそれぞれ上流スロ
ットル弁9,9が介装されて、その上流側で両側の集合吸
気通路24m,24nが集合され、上流吸気通路24にエアフロ
ーメータ６とエアクリーナ７が設置されている。
そして、前記下流スロットル弁８は、バンク21a,21b
毎に各気筒２のものが共通のスロットル軸8aに固着され
て各気筒同時に開閉作動される。また、上流スロットル
弁９は、両集合吸気通路24m,24nのものが共通のスロッ
トル軸9aに固着されて同時に開閉作動される。この上流
スロットル弁９と下流スロットル弁８とはアクセルペダ
ルの操作に連係して、前例の第３図と同様の特性に基づ
いて、すなわち、低負荷領域では、上流スロットル弁９
の開度より下流スロットル弁８の開度が小さく、この下
流スロットル弁８によって吸気を絞って吸気量を制御す
る一方、部分負荷を含む高負荷領域では、下流スロット
ル弁８の開度より上記スロットル弁の開度が小さく、こ
の上流スロットル弁９によって吸気を絞って吸気量を制
御するように、前記と同様の開閉装置（図示せず）によ
って開閉作動される。
また、前記下流スロットル弁８より下流の独立吸気通
路24a〜24fには、エア導入通路25が接続されている。こ
のエア導入通路25は両スロットル弁8,9をバイパスし
て、上流端が集合されて上流スロットル弁９の上流に接
続され、各気筒２に対する下流部分にはオリフィス16が
介装されている。
一方、各気筒２の吸気ポート３および排気ポート５を
開閉する図示しない吸気弁および排気弁の開閉タイミン
グは、前記第２図と同様に、吸排気期間にオーバーラッ
プを有し、このオーバーラップにおいて、吸気弁の開時
期IOから上死点TDCまでの期間θ１が、上死点TDCから排
気弁の閉時期ECまでの期間θ２より長く設定されてい
る。
その他は、前例と同様であり、同一構成には同一符号
を付している。
本例による作用は、基本的に前例と同様であり、アイ
ドル時には下流スロットル弁８が閉じて、オリフィス16
を有するエア導入通路25によって各気筒２で均等なアイ
ドルエア量を供給すると共に、低負荷状態では下流スロ
ットル弁８で吸気を絞ることで、実質的なスロットル弁
下流の通路容積を小さくし、排気ガスの吸気通路24a〜2
4fへの流入量を抑制し、ダイリューションガスの低減に
よってアイドル燃焼安定性を確保するようにしている。
一方、部分負荷状態を含む高負荷時には上流スロット
ル弁９で吸気を絞ることで、実質的なスロットル弁下流
の通路容積を増大し、吸気通路に逆流する排気ガス量を
増大し、吸気通路に逆流する排気ガス量を増大すると共
に、集合吸気通路24m,24nを介して他の気筒の独立吸気
通路24a〜24fに逆流している排気ガスを吸入してダイリ
ューションガス量を増加し、エミッション性、燃費性を
改善するものである。なお、集合吸気通路24m,24nの連
通により、吸気下流側での吸気抵抗が低減し、吸気充填
量の気筒間誤差が低減する。
（発明の効果） 上記のような本発明によれば、吸排気期間のオーバー
ラップにおける吸気弁の開時期から上死点までの期間
を、上死点から排気弁の閉時期までの期間より長く設定
すると共に、各気筒に対してそれぞれ独立して接続され
た独立吸気通路の各々に下流スロットル弁を、他の気筒
の独立吸気通路との集合部分に上流スロットル弁を設
け、両スロットル弁を開閉装置によって、低負荷時は下
流スロットル弁で吸気を絞る一方、高負荷時は上流スロ
ットル弁で吸気を絞るようにしたことにより、低負荷時
には排気ガスが逆流するスロットル弁下流の通路容積を
小さくし、ダイリューションガスの低減によってアイド
ル燃焼安定性を確保する一方、部分負荷状態を含む高負
荷時にはスロットル弁下流の通路容積を増大し、吸気通
路に逆流する排気ガス量を増大すると共に、集合部分を
介して他の気筒の独立吸気通路に逆流している排気ガス
を吸入してダイリューションガス量を増加して、オーバ
ーラップにおける吸気弁の開時期が早いことと相俟っ
て、十分な量の排気ガスの還流を得ることにより排気ガ
スの還流制御を行うことができ、エミッション性の改善
およびポンピングロスの低減による燃費性を改善するこ
とができるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例における多気筒エンジンの
吸気装置の概略構成図、 第２図は吸排気期間のオーバーラップにおけるバルブタ
イミングを示す特性図、 第３図は下流スロットル弁と上流スロットル弁との開度
特性を示す特性図、 第４図は第２実施例における多気筒エンジンの吸気装置
の概略構成図である。 1,21……エンジン本体、２……気筒、３……吸気ポー
ト、4a〜4c,24a〜24f……独立吸気通路、4,24m,24n……
集合吸気通路、８……下流スロットル弁、９……上流ス
ロットル弁、12……開閉装置。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】吸排気期間が実質的にオーバーラップして
    いる多気筒エンジンにおいて、上記オーバーラップでの
    吸気弁の開時期から上死点までの期間を、上死点から排
    気弁の閉時期までの期間より長く設定すると共に、各気
    筒に対してそれぞれ独立して接続された独立吸気通路の
    各々に下流スロットル弁を、他の気筒の独立吸気通路と
    の集合部分に上流スロットル弁を設け、低負荷時は上流
    スロットル弁の開度より下流スロットル弁の開度を小さ
    くして該下流スロットル弁で吸気を絞る一方、部分負荷
    時を含む高負荷時は下流スロットル弁の開度より上流ス
    ロットル弁の開度を小さくして該上流スロットル弁で吸
    気を絞るように設定した開閉特性に基づき、上記上流ス
    ロットル弁および下流スロットル弁の開閉作動を行う開
    閉装置を設置したことを特徴とする多気筒エンジンの吸
    気装置。
  2. 【請求項２】前記下流スロットル弁は、アクセル開度が
    全開状態となる以前の所定開度以上で全開状態となるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの吸気
    装置。
  3. 【請求項３】前記上流スロットル弁は、アクセル開度の
    増加に応じて徐々に開度が増加することを特徴とする請
    求項１に記載の多気筒エンジンの吸気装置。
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